基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)中對(duì)建筑構(gòu)造節(jié)點(diǎn)的思考★

何文榮

(甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,甘肅 天水 741000)

0 引言

防震減災(zāi)一直是被民生關(guān)注的大事,5·12地震后人們防震減災(zāi)意識(shí)逐步提高,建筑隔震技術(shù)也越來越受到推崇。隔震設(shè)計(jì)理念是在上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間(基礎(chǔ)隔震)或結(jié)構(gòu)上下層間(中間隔震)增加隔震層,設(shè)置隔震裝置(如疊層橡膠支座、阻尼器、滑動(dòng)支座等),通過隔震裝置吸收地震能量的絕大部分,延長上部結(jié)構(gòu)的固有周期,降低地震作用時(shí)建筑物響應(yīng),最大限度的確保在強(qiáng)烈地震作用下建筑結(jié)構(gòu)的安全和使用要求[1]。

多數(shù)隔震建筑在受到地震動(dòng)作用時(shí),隔震效果良好,但也發(fā)現(xiàn)在隔震縫等建筑構(gòu)造細(xì)節(jié)處理上存在一些問題。如果發(fā)生地震作用時(shí),隔震層建筑構(gòu)造節(jié)點(diǎn)與結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接處置不當(dāng),會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件遭到破壞,因此隔震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重視隔震層建筑構(gòu)造細(xì)節(jié)的優(yōu)化設(shè)計(jì),讓隔震建筑無隱患。

耗能量大的隔震橡膠支座是可以更換的,因此采用隔震技術(shù)時(shí)須考慮預(yù)留出安裝和更換隔震橡膠支座的空間,同時(shí)確保隔震支座在罕遇地震下有足夠的運(yùn)動(dòng)空間,通常在建筑物四周設(shè)置足夠深和寬的隔震溝,以確保隔震效果。

1 工程簡(jiǎn)介

某學(xué)校實(shí)訓(xùn)大樓(基礎(chǔ)隔震項(xiàng)目),所在地區(qū)地震基本烈度為8度,設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.30g。地下1層,地上7層,結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。

2 隔震層建筑構(gòu)造

1)隔震層設(shè)置?；A(chǔ)隔震建筑應(yīng)在上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間增加隔震層,如果建筑設(shè)有地下室可把地下室兼做隔震層;對(duì)于沒有設(shè)地下室的建筑,需要增加一層作為隔震層,隔震層梁底到地面的凈高不應(yīng)小于600 mm,目的是為了便于日后對(duì)隔震支座的維護(hù)和檢修。

本工程按照隔震要求,增設(shè)一層地下室作為隔震層,地下室層高按2.300 m考慮,這樣設(shè)計(jì)不僅滿足了隔震支座檢查、維修和更換的要求,而且滿足了設(shè)備管道的日常檢修。

2)上部結(jié)構(gòu)與周邊的隔離措施。依據(jù)規(guī)范,上部結(jié)構(gòu)與周圍固定物之間應(yīng)設(shè)置完全貫通的豎向隔離縫以避免罕遇地震作用下可能的阻擋和碰撞,隔離縫寬度不應(yīng)小于隔震支座在罕遇地震作用下最大水平位移的1.2倍,且不應(yīng)小于300 mm[2]。

依據(jù)《實(shí)訓(xùn)大樓結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)隔震計(jì)算分析報(bào)告》,本工程罕遇地震下的隔震層最大位移為222 mm。按照國家標(biāo)準(zhǔn)圖集規(guī)定,隔震層以上上部結(jié)構(gòu)與周邊任何固定物豎向隔離縫至少為400 mm[3]。

考慮到本工程所在地區(qū)為高烈度地區(qū),保證上部結(jié)構(gòu)發(fā)生平動(dòng)不受影響,本工程隔離縫寬按500 mm,具體做法是在室外地坪下,環(huán)建筑物一周設(shè)至少500 mm寬隔震溝,確保隔震支座效果得到充分發(fā)揮。

2.1 基礎(chǔ)隔震節(jié)點(diǎn)位置

圖1為實(shí)訓(xùn)大樓的一層平面圖和1-1剖面圖,圖中通過詳圖剖切索引符號(hào)標(biāo)注了建筑物四周散水、踏步臺(tái)階入口因滿足隔震設(shè)計(jì)需要而特殊處理的節(jié)點(diǎn)位置(圖中索引符號(hào)圓圈內(nèi)用英文字母編號(hào),通過剖切索引引出散水、臺(tái)階等隔震構(gòu)造詳圖)。

2.2 基礎(chǔ)隔震散水構(gòu)造

常規(guī)散水構(gòu)造做法:先用素土回填,回填土壓實(shí)后直接做散水。散水與勒腳間留寬20 mm通長縫,縫內(nèi)嵌密封膏,填充柔性材料如聚乙烯泡沫塑料棒,詳見圖2(a)[4]。

本工程為基礎(chǔ)隔震項(xiàng)目,散水做法是從±0.000 m(隔震層)標(biāo)高梁的中部挑板(鋼筋混凝土現(xiàn)澆板),在混凝土板上做建筑散水找坡構(gòu)造。挑板下設(shè)寬500 mm隔震溝,隔震溝側(cè)壁(鋼筋混凝土擋土墻)與挑板間留30 mm水平縫,隔震溝側(cè)壁接室外地面,詳見圖2(b)。

留30 mm寬的水平縫隙,并采用柔性材料填充,可以保證隔震支座發(fā)生位移而不受建筑散水與上部結(jié)構(gòu)主體的影響。隔震溝(寬500 mm)設(shè)計(jì)可以保證當(dāng)?shù)卣饋頃r(shí),隔震支座處有足夠的位移空間。隔震溝可兼做排水溝,因此隔震溝深應(yīng)考慮排水要求,如深度太淺,會(huì)造成雨水直接沖刷地面;太深造成設(shè)備層內(nèi)積水。

在隔震設(shè)計(jì)中散水構(gòu)造可參照?qǐng)D2(b)做法,但是有一個(gè)問題是平時(shí)容易忽視的,就是與上部結(jié)構(gòu)連接的預(yù)埋件與鋼板之間的連接方式,容易被認(rèn)為是固定在預(yù)埋件上的螺栓與活動(dòng)鋼板之間的滑動(dòng)槽形成活動(dòng)連接方式,其實(shí)這種做法是錯(cuò)誤的,因?yàn)榘催@種方式連接,在建筑物散水轉(zhuǎn)向時(shí),上部結(jié)構(gòu)只能在一個(gè)方向滑動(dòng),在地震力作用下會(huì)對(duì)散水造成破壞。準(zhǔn)確來說是預(yù)埋件與鋼板之間焊接連接。這樣保證了在地震力作用下上部結(jié)構(gòu)可以向各個(gè)方向滑動(dòng),從而減少對(duì)散水的破壞。

2.3 基礎(chǔ)隔震入口臺(tái)階構(gòu)造

本工程入口處踏步分兩種情況:如圖3(a),圖3(b)所示。與傳統(tǒng)的入口踏步設(shè)計(jì)不同的是增加隔震溝的構(gòu)造要求:平臺(tái)較窄的踏步設(shè)計(jì)(平臺(tái)寬度<600 mm)如圖3(a)所示,踏步段可直接從框架邊梁上挑出;平臺(tái)較寬的踏步設(shè)計(jì)(平臺(tái)寬度≥1 200 mm)如圖3(b)所示,從梁上挑平臺(tái)梁板,當(dāng)臺(tái)階平臺(tái)小于1 200 mm可直接按挑板設(shè)計(jì),如圖3(c)所示。這種踏步和平臺(tái)做法巧妙地覆蓋住因隔震要求產(chǎn)生的明溝,保證了室內(nèi)外的連接。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí),隔震溝設(shè)計(jì)滿足隔震墊水平自由位移的要求,30 mm水平縫隙(縫內(nèi)采用柔性材料填充)的設(shè)計(jì)使上部建筑發(fā)生水平自由位移時(shí)不影響入口臺(tái)階的正常使用。

本工程為高烈度地區(qū),當(dāng)挑長大于1.2 m時(shí),宜采用圖3(b)踏步設(shè)計(jì)作法,提高懸挑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抗傾覆能力,不建議按純挑板考慮。

2.4 基礎(chǔ)隔震樓梯的構(gòu)造設(shè)計(jì)

隔震層的樓梯懸挑長度在1.5 m以內(nèi),可按懸挑樓梯構(gòu)造。本工程所在地區(qū)為8度高烈度地區(qū),按照《抗規(guī)》5.1.1條第4節(jié)條文解釋(節(jié)選):“關(guān)于大跨度和長懸臂結(jié)構(gòu),根據(jù)我國大陸和臺(tái)灣地震的經(jīng)驗(yàn);8度時(shí),跨度大于24 m的屋架,2 m以上的懸挑陽臺(tái)和走廊震害嚴(yán)重[5]”。

如圖4所示,本工程樓梯懸挑長度超過2 m,按懸挑樓梯設(shè)計(jì)于抗震不利。

依據(jù)抗規(guī),本工程結(jié)構(gòu)形式是框-剪,樓梯不參與結(jié)構(gòu)整體計(jì)算,地下室樓梯可按AT型構(gòu)造設(shè)計(jì)。作為隔震結(jié)構(gòu),其要求是通過隔震支座將下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)完全分隔開,因此要求地下室的樓梯在隔震墊以下范圍之內(nèi),完全斷開,其間采用柔性材料填充,保證隔震中位移無阻擋,如圖5所示,在樓梯中間,與隔震墊同標(biāo)高處設(shè)梯柱、梯梁。此時(shí)樓梯分為兩段,上半段采用梯板懸挑,挑出斜段長度1 300 mm,下半段通過增加TZ,TL,按普通AT型樓梯構(gòu)造,其間留出50 mm空隙,采用柔性材料聚苯板填充,見圖5節(jié)點(diǎn)①;同時(shí)上部扶手?jǐn)嚅_,做法詳見圖5節(jié)點(diǎn)②。

注意:這里滑動(dòng)支座連接如果是螺栓連接,并沒有斷開。有些設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)樓梯穿越隔震層時(shí),誤將連接節(jié)點(diǎn)做成滑動(dòng)支座的螺栓連接,如圖6所示[6],這種做法是不滿足隔震要求的。

2.5 基礎(chǔ)隔震電梯的構(gòu)造設(shè)計(jì)

隔震層電梯設(shè)計(jì)通常有兩種:懸掛式和支撐式,如圖7所示。

電梯的隔震不管是用懸掛式,還是支撐式,在與樓梯相鄰布置時(shí),最好不要直接與樓梯間框柱上的梁相連接。而是通過次梁與四周脫開,這樣才能保證上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)完全脫開。

本工程采用的電梯構(gòu)造為懸掛式,見圖7(a),圖7(b)?？紤]到支撐式電梯支撐結(jié)構(gòu)復(fù)雜,維護(hù)成本高,且本工程地下室只有一層,層高2.300 m,懸掛式電梯構(gòu)造足夠滿足需求,成本也較低;當(dāng)?shù)叵率衣裆钶^大或采用懸掛式難以滿足承力要求時(shí),可采用支撐式電梯構(gòu)造,見圖7(c),圖7(d)。

2.6 基礎(chǔ)隔震外墻構(gòu)造設(shè)計(jì)

隔震層砌筑墻體時(shí),應(yīng)留夠隔震縫寬至少266 mm,保證隔震層自由平動(dòng)。本工程隔震層外墻隔震縫做法見圖8,豎向隔震縫留出300 mm;水平隔震縫留出30 mm,采用柔性材料填充,以保證隔震層自由平動(dòng),滿足構(gòu)造要求[7-8]。

3 結(jié)論和建議

在隔震建筑設(shè)計(jì)時(shí),常規(guī)的建筑構(gòu)造節(jié)點(diǎn)不能直接用于隔震建筑中。四周散水、踏步臺(tái)階入口、穿過隔震層的樓梯、電梯井、外墻等應(yīng)采取與周邊的隔離措施,如設(shè)豎向和水平隔離縫進(jìn)行隔震處理。設(shè)計(jì)人員準(zhǔn)確理解水平隔離縫和豎向隔離縫的設(shè)置要求和相關(guān)連接節(jié)點(diǎn)做法,是保證隔震支座在地震發(fā)生時(shí)不受阻礙,發(fā)揮效能的前提。

對(duì)于高烈度地區(qū),隔震層處的懸挑結(jié)構(gòu)除了要考慮其自身穩(wěn)定性和抗傾覆能力,還應(yīng)考慮豎向地震作用等抗震性能。樓梯等結(jié)構(gòu)構(gòu)件斷開處,其間采用柔性材料填充,保證隔震中位移無阻擋;選擇連接方案應(yīng)易于拆換,利于隔震層部件的改裝、修理或加固。